光照度和水溫對克氏原螯蝦幼蝦標準代謝率的影響

李青松，范文浩，王 乾，阮國良,，鄭維友，方 劉,

(1.長江大學動物科學學院，湖北荊州434025；2.湖北省水產產業技術研究院，湖北荊州434026)

動物的攝食、躲避敵害、繁殖等都與視覺感知相關，光照度是影響視覺感知的主要因子。養殖業可以改變光環境引導動物的行為以及生理活動，達到提高經濟效益的目的。光照度會影響動物的采食、活動以及物質代謝,主要表現在對其行為、生長和生理等方面。趙年樺等研究發現，塔里木裂腹魚()幼魚在光照度為500 lx時攝食率和生長率均最大；狄正凱等研究發現，墨瑞鱈()在光照度為1 500 lx下生長狀況及養殖收益表現最佳。不同種類的水生生物對光照度的敏感性存在差異，例如瓦氏黃顙魚()偏好停留在光照度為0～10 lx的區域，而鰱()沒有表現出對某一光照度的喜好。光照度作為環境因子對甲殼動物的生長發育也具有重要影響，在紅巖龍蝦()葉狀幼體Ⅰ期，擬穴青蟹()等研究中發現，在養殖過程中使用低光照度可以顯著提高其生長速度。

水生動物作為變溫動物，特別容易受到環境溫度變化的影響。環境溫度變化會對其生長、代謝、發育等產生影響。水生生物在進化過程中采用不同的生理策略來應對環境溫度的變化，通常表現為新陳代謝速率的改變。代謝率體現了能量吸收、轉化和分配的快慢，是生物學研究的基礎。標準代謝率(standard metabolic rate,SMR)是指維持機體正常生理功能的最小代謝強度，是研究生物能量代謝的重要指標。

克氏原螯蝦()，俗稱小龍蝦，隸屬于甲殼綱十足目螯蝦科，因其環境適應能力強、肉質鮮美、營養豐富等優點，已成為我國最受歡迎的水產品之一。近年來，隨著克氏原螯蝦養殖產業的發展，缺乏優質、規模化的苗種供應問題愈發凸顯。研究發現，作為底棲類的克氏原螯蝦對光照環境較為敏感；溫度也顯著影響克氏原鰲蝦胚胎發育和幼體發育時間。目前，有關小龍蝦光照度及光照度與溫度交互作用相關研究尚未見報道。因此，本研究比較了不同光照度和溫度條件下克氏原螯蝦幼蝦的耗氧率、氨氮排泄、溫度系數等指標的變化，以期為克氏原螯蝦苗種培育期間水位控制和室內養殖環境因子設置提供基礎數據，同時為小龍蝦養殖生態學研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗蝦來源及馴化

克氏原螯蝦購買于荊州市荊州區萬金小龍蝦養殖專業合作社，將其放入實驗室有遮蔽物的水族箱(0.8 m×0.5 m×0.4 m,160 L)內暫養2周。暫養期間，每日換水量為暫養水體積的1/3，養殖用水為曝氣7 d的自來水，充氣泵增氧使水體溶氧>5 mg/L。每天早晚(9:00，21:00)飽食投喂商業沉性膨化飼料(蛋白質≥30%、脂肪≥3%、粗灰分≤22%、粗纖維≤10%，荊州海大飼料有限公司)，投喂2 h后用虹吸法清除缸底殘餌和糞便。

1.2 實驗設計

實驗溫度設置：18、22、26和30 ℃四個溫度梯度，每個溫度條件下設置的光照度分別為1 000、500、0 lx。每個溫度下的光照度處理組分別設置3個重復和一個不放蝦的空白對照(用于校正水呼吸)。實驗用恒溫水浴的方式控制水溫，用不透明黑色塑料薄膜遮擋和控制照明燈管遠近調節光照度，分別用溫度計和照度計(深達威SW-582型)校準。

1.3 實驗方法與指標測定

實驗期間小龍蝦暫養水溫為(20.0±0.2) ℃。暫養結束后，控制加熱棒開關與溫度，從初始水溫20 ℃，以每天上升或下降2 ℃直到實驗設定溫度，達到設定溫度后，為保證克氏原螯蝦胃腸道完全排空，停食48 h。

實驗開始后，挑選附肢健全、體重相近(2.0±0.3) g的克氏原螯蝦作為實驗對象。每10尾蝦為一組放入2 000 mL(長20 cm×寬20 cm×高5 cm，2 L)的液體石蠟密封的塑料密封盒中。整個實驗過程小心操作，實驗中保持實驗室環境安靜。實驗持續時間為1 h，根據實驗前后水中溶解氧、氨氮濃度(NH-N)和二氧化碳(CO)的變化，計算蝦的耗氧率、NH-N排泄率和CO排出率。溶解氧采用溶氧儀測定(HQ30d，美國哈希公司)，CO測定采用NaOH滴定法測定，NH-N用奈氏比色法進行測定。

耗氧率、CO排出率、NH-N排泄率均按照以下公式計算：

R=(B-B)V/WT

式中：R：耗氧率、CO排出率、NH-N排泄率；B：試驗結束后空白對照組的溶氧、CO和NH-N的濃度；B：試驗結束后試驗組的溶氧、CO和NH-N的濃度；W：一組蝦的濕體重(g)；T：代謝時間(h)；V：密封盒中水的體積(L)。

溫度系數(Q)按照以下公式進行計算：

Q=(Rate/Rate)10/(T-T)

式中：Rate、Rate分別為溫度T、T時的耗氧率；T、T是用于測定耗氧率的溫度且T大于T。

能源物質(代謝底物)供能比根據蛋白質、糖類和脂肪的能量值、氧熱價和實測的呼吸商、耗氧率、NH-N排泄率進行計算。

1.4 數據分析

用Excel 2003對所有實驗數據作常規處理，然后采用SPSS 20.0軟件進行統計分析。采用單因素方差分析(ANOVA)進行分析，結果以平均值±標準差表示，并采用鄧肯法進行組間多重比較，<0.05認為有顯著差異。

2 結果分析

2.1 光照度和溫度對克氏原螯蝦耗氧率、CO2排出率、NH3-N排泄率的影響

不同光照度和溫度對克氏原螯蝦耗氧率、NH-N排泄率的影響見表1。實驗結果分析發現，在設定的溫度下，克氏原螯蝦耗氧率(R)隨光照度的增大而減小；而在設定的光照度下，R隨溫度升高而顯著增大；在實驗設定條件下R與溫度的關系可表示為：R=0.134 5e(=0.866 2,=48,<0.01)。在設定的溫度下，NH-N排泄率(R)與光照度無顯著相關性；而在設定的光照度下，R隨溫度升高而顯著增大，在實驗設定條件下R與溫度的關系可表示為：R=2.380 7e(=0.933 6,=48,<0.01)。

2.2 光照度和溫度對克氏原螯蝦氧氮比、呼吸商、耗能率及能源物質供能比的影響

不同光照度和溫度對克氏原螯蝦氧氮比、呼吸商的影響如表1所示。實驗結果發現，光照度和溫度對克氏原螯蝦氧氮比、呼吸商的無顯著性影響。不同光照度和溫度對克氏原螯蝦耗能率及蛋白質、脂肪、糖供能比見表2。在設定的三個光照度下，隨著溫度升高，克氏原螯蝦的耗能率顯著增大；光照度和溫度對供能比的影響沒有顯著相關性，但克氏原鰲蝦幼蝦在不同光照度和溫度下，碳水化合物的供能比較大。

表1 幼蝦在不同溫度及光照度條件下的耗氧率、CO2排出率、NH3-N排泄率以及氧氮比、呼吸商Tab.1 Oxygen consumption,CO2 Production,NH3-N excretion,the ratio of oxygen to nitrogen,respiratory quotient in the juvenile shrimp under different temperature and illuminance conditions

表2 幼蝦在不同溫度及光照度條件下的耗能率、蛋白質脂肪碳水化合物供能百分比Tab.2 Energy consumption rate and energy supply percentage of protein,fat and carbohydrate of juvenile shrimp under different temperature and illuminance

2.3 光照度和溫度對克氏原鰲蝦幼蝦Q10的影響

Q計算結果見表3。光照度和溫度均會影響Q值，Q值隨著光照度的增強而逐漸減小，且不受溫度條件的影響；在實驗設置條件下，最小Q值出現在18～22 ℃、光照度為1 000 lx。

表3 幼蝦在不同溫度及光照度條件下的Q10Tab.3 Q10 values of juvenile shrimp under different temperature and illuminance conditions

3 討論

研究發現，在適宜的溫度下，蝦蟹類的耗氧率和氨氮排泄率隨著溫度的升高而增加。本實驗結果顯示，在一定的光照度條件下，溫度變化與克氏原螯蝦幼蝦的耗氧率和氨氮排泄率呈正相關，這與粉紅蝦()、鞭藻蝦()、日本對蝦()、中國對蝦()及羅氏沼蝦()等研究結果一致，這些結果均表明溫度對蝦類基礎代謝活動具有顯著性影響。NH-N排泄率與溫度的關系與耗氧率和溫度的關系相比，NH-N排泄率與溫度的關系式(R=e)中指數b的數值較大，說明NH-N排泄率更容易受到溫度的影響。

光照度是影響蝦類活動的重要因素，例如：中國對蝦和寬溝對蝦()通常在夜間活動，低光照度也會刺激克氏原螯蝦離開洞穴。本研究發現，克氏原螯蝦的耗氧率隨光照度的增加而減小，這與日本對蝦的研究結果相似。雖然克氏原螯蝦對光照度沒有較強的選擇性，但強光照條件顯著影響其行為活動，這與本實驗觀察到強光照(1 000 lx)條件下幼蝦活動顯著減弱的結果一致。克氏原螯蝦在有光照條件下耗氧率降低，可能與行為活動速率下降有關。除此之外，光照度還影響蝦的繁殖、存活等。研究發現食物資源豐富條件下，SMR與生長率呈正相關。因此，本實驗根據SMR(因其計算結果與耗氧率相同，實際數值參照耗氧率)預測克氏原螯蝦幼蝦在0 lx光照度下最適合生長，這與紅巖龍蝦的葉狀幼體Ⅰ期、擬穴青蟹和中國對蝦等甲殼類動物在低光照度下生長速度較快的研究結果相近。

耗氧量與排氮量的原子比稱為氧氮比，氧氮比在確定水生動物氧化代謝底物中被廣泛應用，根據氧氮比可以推算出甲殼動物能量代謝中供能物質的比例。本實驗克氏原螯蝦幼蝦的氧氮比為16.87～32.66，說明該規格小龍蝦的能源代謝物質以碳水化合物為主，脂肪和蛋白質次之。這與羅氏沼蝦、日本沼蝦()和脊尾白蝦()幼蝦等以碳水化合物為能量代謝主要供能物質的研究結果一致。本實驗發現，氧氮比與水溫和光照度變化無顯著相關性，這與羅氏沼蝦親蝦的氧氮比隨溫度的上升而減小的研究結果不同，這可能是由于生長階段、規格大小不同所導致。溫小波等研究發現，當溫度在25～30 ℃時，克氏原螯蝦的氧氮比隨著體重的增加而增大；在最適溫度條件下，規格大小不同的日本沼蝦和羅氏沼蝦氧氮比也不同。由此可見，蝦類的規格大小對氧氮比影響較大。除此之外，甲殼動物氧氮比還受日糧中蛋白質源和碳水化合物水平等的影響。

溫度系數(Q)是反映由環境溫度改變引起的代謝率變化，是衡量水生動物代謝能力的有力指標。最低Q值出現在合適的溫度范圍內，Q值在最佳溫度的兩側增大；超過一定溫度范圍后，Q值在溫度的兩端都減小。本實驗發現，在18～22 ℃下，Q值均較小，表明在此條件下溫度變化對幼蝦耗氧率影響較小；在22～26 ℃、0 lx光照度下Q值最大，表明在此范圍內溫度變化對幼蝦耗氧率影響較大。本實驗認為在26～30 ℃的Q值比22～26 ℃的Q值小，是由于溫度超出最佳溫度范圍所致。在之前的研究中已經得到證實，根據最低的Q值估算的溫度接近研究水生動物最適生長溫度。實驗以最低Q值進行估算體重為(2.0±0.3) g的克氏原螯蝦的最適生長溫度范圍為18～22 ℃，這與克氏原鰲蝦生物信息學研究結果相近。此外，WYBAN等研究發現南美白對蝦()的最適生長溫度與蝦的體重相關。因此，不同規格的克氏原螯蝦最適生長溫度也可能不同。

綜上所述，本實驗根據耗氧率和Q值推測出，體重為(2.0±0.3) g的克氏原螯蝦在溫度18～22 ℃、光照度為0 lx條件下最適合其生長。